[發(fā)明專(zhuān)利]形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸點(diǎn)搜尋與沖擊力測(cè)量方法、山洪泥石流大塊石沖擊力測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010888829.5
• 申請(qǐng)日: 2020-08-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112016210B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉清;陳劍剛;趙萬(wàn)玉;唐金波;司光武;金科
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院;水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 成都賽恩斯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆;張端陽(yáng)

本發(fā)明公開(kāi)形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸點(diǎn)搜尋與沖擊力測(cè)量方法、山洪泥石流大塊石沖擊力測(cè)量方法。本發(fā)明形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸點(diǎn)搜尋方法，對(duì)物體側(cè)面正投影二維平面進(jìn)行圖像圖形分析處理，標(biāo)記物體輪廓線(xiàn)上的全局凸出段為接觸點(diǎn)集合。本發(fā)明形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊力測(cè)量方法，是考慮形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸點(diǎn)因曲率半徑R對(duì)沖擊力分布產(chǎn)生影響的沖擊力測(cè)量方法。本發(fā)明野外大塊石運(yùn)動(dòng)沖擊力測(cè)量方法、山洪/泥石流大塊石沖擊力測(cè)量方法及其應(yīng)用，是針對(duì)性解決地質(zhì)災(zāi)害中大塊石運(yùn)動(dòng)沖擊測(cè)量的方法及其在防治工程構(gòu)筑體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。本發(fā)明方法硬件設(shè)備要求低、計(jì)算量小、適用領(lǐng)域廣，科學(xué)準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)，能滿(mǎn)足多種領(lǐng)域的物體沖擊分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸的計(jì)算機(jī)處理方法及其應(yīng)用，以及野外大塊石與山洪/泥石流大塊石沖擊力測(cè)量方法及其應(yīng)用，屬于計(jì)算機(jī)圖像處理與圖形分析技術(shù)、運(yùn)動(dòng)物體測(cè)量技術(shù)、山地災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

山洪/泥石流是多相流體，其運(yùn)動(dòng)特征具有高度復(fù)雜性。山洪/泥石流的主要成分是液相漿體及各種粒徑的塊石，在重力作用下漿體攜帶大量塊石向下游迅速移動(dòng)，對(duì)所經(jīng)過(guò)的工程結(jié)構(gòu)造成巨大沖擊。在山洪/泥石流沖擊運(yùn)動(dòng)中，大塊石沖擊作用是造成工程結(jié)構(gòu)破壞的主要原因，甚至是最主要原因。對(duì)山洪/泥石流沖擊運(yùn)動(dòng)的分析中，對(duì)大塊石沖擊運(yùn)動(dòng)過(guò)程的模擬與分析一直是山洪/泥石流破壞研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)之一，也是山洪/泥石流監(jiān)測(cè)防治技術(shù)的重點(diǎn)。

由于山洪/泥石流大塊石數(shù)量多且形狀各異，為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程、降低計(jì)算工程量，尤其是滿(mǎn)足在山洪/泥石流災(zāi)害發(fā)生后應(yīng)急響應(yīng)的時(shí)間要求，現(xiàn)在技術(shù)在對(duì)山洪/泥石流大塊石沖擊運(yùn)動(dòng)模擬與分析中，均是在將大塊石簡(jiǎn)化成球體的前提下，結(jié)合大塊石的質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)速度、以及大塊石和被沖擊物材料的力學(xué)性質(zhì)等條件建立固體力學(xué)彈性接觸模型，完成相關(guān)測(cè)量。這類(lèi)技術(shù)方案存在非常明顯的缺陷：山洪/泥石流大塊石是由上游溝道兩岸山體崩滑產(chǎn)生，表面形狀極不規(guī)則，大塊石在山洪泥石流中的運(yùn)動(dòng)方式、沖擊工程結(jié)構(gòu)時(shí)的接觸位置具有很大不確定性，所有可能沖擊接觸點(diǎn)具有不同的曲率半徑。現(xiàn)有技術(shù)將大塊石簡(jiǎn)化為球體基礎(chǔ)上的沖擊運(yùn)動(dòng)模擬與分析計(jì)算實(shí)質(zhì)上是假定大塊石沖擊運(yùn)動(dòng)中所有可能的沖擊接觸點(diǎn)均等質(zhì)等效且對(duì)產(chǎn)生的沖擊力分布無(wú)影響，由此導(dǎo)致沖擊力測(cè)量結(jié)果無(wú)論在理論上還是實(shí)際測(cè)量中都存在明顯偏差，并進(jìn)一步導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏保守。

解決上述問(wèn)題的理想方法是將山洪/泥石流大塊石還原為真實(shí)的不規(guī)則形狀再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。Keng-Wit Lim 2015博士論文《顆粒介質(zhì)的離散建模：一種基于NURBS的方法》(Discrete Modeling of Granular Media:A NURBS-based Approach)提供了一種利用三維重構(gòu)準(zhǔn)確描繪形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體真實(shí)形狀的基礎(chǔ)上解決該物體與外部接觸問(wèn)題的方法，能夠獲得更真實(shí)的計(jì)算結(jié)果。但該方法的實(shí)施需要良好的硬件支持與較大的計(jì)算量，兩者都與山地災(zāi)害實(shí)際工作條件不契合，也與災(zāi)害發(fā)生后的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間要求有差異，因而難以在山洪/泥石流防治工程實(shí)踐中有效應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種山洪/泥石流大塊石沖擊力的測(cè)量方法，該方法能夠在克服將山洪/泥石流大塊石簡(jiǎn)化為球體的技術(shù)缺陷的同時(shí)滿(mǎn)足快速計(jì)算的需要。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明將山洪/泥石流大塊石還原為形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體，并首先提供一種形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸點(diǎn)搜尋方法，其技術(shù)方案如下：

一種形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體沖擊接觸點(diǎn)搜尋方法，其特征在于：在二維平面圖形中搜索形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體的所有沖擊接觸點(diǎn)，依如下步驟實(shí)施：

步驟S1、對(duì)形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體外表面拍照，獲取所有側(cè)面的側(cè)面正投影二維圖，所有側(cè)面正投影二維圖中形狀不規(guī)則堅(jiān)硬物體的圖像相互無(wú)重疊；

步驟S2、對(duì)于每一張側(cè)面正投影二維圖，構(gòu)建不規(guī)則堅(jiān)硬物體的輪廓線(xiàn)，標(biāo)記為物體輪廓線(xiàn)，找出物體輪廓線(xiàn)上凹凸段分界點(diǎn)，裁掉物體輪廓線(xiàn)上所有凹陷段，保留所有凸出段，得到側(cè)面凸出段圖；